PL B1. Fabryka Aparatury Pomiarowej PAFAL Spółka Akcyjna,Świdnica,PL BUP 02/03

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. G06M 3/00 ( ) G06M 1/24 ( ) G01D 4/00 ( ) (54) Liczydło, zwłaszcza do licznika energii elektrycznej (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 02/03 (73) Uprawniony z patentu: Fabryka Aparatury Pomiarowej PAFAL Spółka Akcyjna,Świdnica,PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/08 (72) Twórca(y) wynalazku: Janusz Maliszewski,Świdnica,PL Eugeniusz Hrynacz,Świdnica,PL Stanisław Zabielski,Świdnica,PL PL B1 (57) Liczydło zawierające przekładnię zębatą sprzęgającą wirnik licznika z liczydłem i mechanizm zapadkowy, charakteryzuje się tym, że posiada na osi napędowej (9) koło zmianowe toru rewersyjnego (10), osadzone ruchomo koło zmianowe toru podstawowego (12), osadzone też ruchomo oraz między tymi kołami zmianowymi (10, 12) dwa działające w różne strony, jednokierunkowe sprzęgła zapadkowe, przy czym każde sprzęgło składa się ze wspólnego dwustronnego koła zapadkowego (11), osadzonego na stałe na osi napędowej (9) i trzech usytuowanych równomiernie na obwodzie, jednakowych zapadek (18, 18 ), zaś każda zapadka (18, 18 ) osadzona jest obrotowo w otworach łożyskowych (19) koła zmianowego (10, 12) oraz w korpusie (16) sprzęgła.

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest liczydło, spełniające rolę mechanizmu naliczającego i odczytowego w jednotaryfowych licznikach służących do dwukierunkowego pomiaru energii elektrycznej. Licznik tego typu zwany jest też licznikiem z liczydłem rewersyjnym. Licznik z liczydłem rewersyjnym umożliwia zliczanie pobranej energii elektrycznej przy obrotach wirnika nie tylko w kierunku zalecanym przez producenta licznika i wskazanym na tabliczce znamionowej licznika, ale również przy obrotach wirnika w kierunku przeciwnym. W liczniku mogą wystąpić obroty wirnika do tyłu w przypadku wadliwego podłączenia przewodów do zacisków licznika, pomyłkowego bądź umyślnego, w celu zaniżenia wskazań licznika. Obecnie stosowane liczniki podczas poboru energii przy obrotach wirnika do tyłu odliczają wskazania liczydła, co jest powodem strat finansowych ponoszonych przez Zakłady Energetyczne. Częściowym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie blokady ruchu wstecznego, powodującej zatrzymanie wirnika w liczniku w przypadku poboru energii przy obrotach wirnika do tyłu. Rozwiązanie to ogranicza, ale nie eliminuje strat finansowych ponoszonych przez dostawcę energii elektrycznej. Zdecydowanie lepszym sposobem rozwiązania tego problemu jest zastosowanie rozwiązania umożliwiającego również zliczanie pobieranej energii przy obrotach wirnika do tyłu. Rozwiązaniem spełniającym taką funkcję zliczania pobieranej energii przy obrotach wirnika do tyłu jest rozwiązanie znane z polskiego zgłoszenia patentowego nr P , opublikowane w Biuletynie Urzędu Patentowego nr 23/1999 na str. 53. W rozwiązaniu tym wykorzystano jednokierunkowe sprzęgła zapadkowe oraz dodatkową przekładnię odwracającą obroty w jednym z torów napędowych liczydła. Zapadka prawych obrotów i zapadka lewych obrotów są zblokowane i ustawiono kątowo względem siebie tworząc dwustronną zapadkę szczękową. Podczas blokowania koła zapadkowego w jednym kierunku zapadka drugiego kierunku jest lekko uniesiona nad zębami drugiego koła zapadkowego. Liczydło, zwłaszcza do licznika energii elektrycznej, według wynalazku, zawierające przekładnię zębatą sprzęgającą wirnik licznika z liczydłem i mechanizm zapadkowy, charakteryzuje się tym, że posiada na osi napędowej koło zmianowe toru rewersyjnego osadzone ruchomo i koło zmianowe toru podstawowego osadzone też ruchomo oraz między tymi kołami zmianowymi dwa, działające w różne strony, jednokierunkowe sprzęgła zapadkowe, przy czym każde sprzęgło składa się ze wspólnego dwustronnego koło zapadkowego, osadzonego na stałe na osi napędowej, i trzech, usytuowanych równomiernie na obwodzie, jednakowych zapadek, zaś każda zapadka osadzona jest obrotowo w otworach łożyskowych koła zmianowego oraz w korpusie sprzęgła. Podstawową zaletą liczydła jest jego zwarta konstrukcja i pewność działania niewpływająca na parametry metrologiczne licznika. Wynika to między innymi z tego, że w tym liczydle występują praktycznie identyczne momenty tarcia jak w liczydle nierealizującym zliczanie pobieranej energii przy obrotach wirnika do tyłu. Dzięki temu, że każda zapadka osadzona jest obrotowo w otworach łożyskowych, znajdujących się w kole zmianowym oraz korpusie sprzęgła, zapadki opadają pod własnym ciężarem, a ich równomierne rozłożenie na obwodzie gwarantuje niezawodne działanie sprzęgła niezależnie od ich położenia kątowego. Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok liczydła od strony czołowej z częściowym przekrojem przez zębnik rewersyjny, fig. 2 - widok liczydła od góry z częściowym przekrojem przez dwustronne koło zapadkowe, fig. 3 - przedstawia schemat kinematyczny liczydła, fig. 4 - przekrój przekładni płaszczyzną przechodzącą przez oś napędową i oś ślimakową, fig. 5 - widok podzespołu koła zmianowego toru podstawowego z zamontowanym korpusem sprzęgła i zapadkami, zaś fig. 6 - widok podzespołu koła zmianowego toru rewersyjnego z zamontowanym korpusem sprzęgła i zapadkami. Liczydło według wynalazku, stosowane do liczników energii elektrycznej przedstawione na fig. 1 i fig. 2 jest liczydłem typu bębnowego z przekładnią dziesiątkującą. Stanowi ono oddzielny zespół montowany na sztywnej i stabilnej ramie 1. W ramie 1 osadzono oś bębenkową 2 oraz oś zębników 3. Na osi bębenkowej 2 osadzono luźno, kolejno od strony prawej, koło napędowe 4, bębenek początkowy 5, pięć jednakowych bębenków cyfrowych 6 oraz bębenek końcowy 7. Na osi zębników 3 osadzone jest luźno sześć zębników dziesiątkujących 8. Wszystkie bębenki 5, 6 i 7 mają średnicę zewnętrzną rzędu 19 mm i wykonane są z tworzywa sztucznego. Na obwodzie wszystkich bębenków nadrukowane są równomiernie cyfry od 0 do 9. Bębenek początkowy 5 wskazuje dziesiąte części kwh. Każdy następny bębenek wskazuje wartość dziesięć razy większą niż bębenek go poprzedzający. Przeniesienie napędu z bębenka

3 PL B1 3 początkowego 5 na następne bębenki następuje za pośrednictwem zębników dziesiątkujących 8, które współpracują z dwoma sąsiednimi bębenkami cyfrowymi 6. Ostatni z lewej strony zębnik dziesiątkujący 8 współpracuje z bębenkiem cyfrowym 6 i bębenkiem końcowym 7. W typowym liczydle z przekładnią dziesiątkującą bębenek początkowy 5 napędzany jest w sposób ciągły przez wirnik licznika energii elektrycznej za pośrednictwem przekładni zębatej, składającej się zwykle z trzech stopni przełożenia: przekładni ślimakowej, przekładni zmianowej i przekładni napędowej. Przekładnia zmianowa zwykle ma na celu dopasowanie całkowitego przełożenia liczydła do stałej licznika. Jej przełożenie może, więc ulegać zmianie w zależności od danych metrologicznych licznika, głównie jego napięcia odniesienia i prądu bazowego. Przyjęte określenia przekładni są umowne i służą do bardziej jednoznacznego opisu tego typu konstrukcji. W celu umożliwienia narastającego naliczania wskazań liczydła niezależnie od kierunku obrotu wirnika, w przekładni zębatej przedmiotowego liczydła wprowadzono zasadnicze zmiany. Polegają one na stworzeniu drugiego toru napędu bębenka początkowego 5 przez wprowadzenie dodatkowej przekładni zmianowej, składającej się z zębnika rewersyjnego 15 i koła zmianowego toru rewersyjnego 10, oraz przekładni rewersyjnej, składającej się z zębnika zmianowego 14 i zębnika rewersyjnego 15. Przekładnia rewersyjna ma na celu odwrócenia kierunku obrotu bębenka początkowego 5 w drugim torze napędu, w przypadku gdy wirnik licznika obraca się do tyłu. Przekazanie napędu na pierwszy lub drugi tor napędu odbywa się przez zastosowanie dwóch sprzęgieł jednokierunkowych: jednego, działającego w pierwszym torze napędu oraz drugiego, sprzęgła tej samej konstrukcji, lecz działającego w kierunku przeciwnym -w drugim torze napędu bębenka początkowego 5. Szczegółowa budowa przedmiotowego liczydła pokazana jest na fig. 2 i fig. 4 oraz na schemacie kinematycznym (fig. 3). Na osi napędowej 9 po zewnętrznej stronie ramy 1 zostały osadzone kolejno: ruchomo koło zmianowe toru rewersyjnego 10, na stałe koło zapadkowe 11, ruchomo koło zmianowe toru podstawowego 12, identyczne jak pierwsze, lecz odwrócone wzdłuż osi o 180 oraz na stałe tulejka oporowa 13, zabezpieczająca koło zmianowe toru podstawowego 12 przed zsunięciem z osi napędowej 9 i wyzębieniem z współpracującym z nim zębnikiem zmianowym 14. Dodatkowo z zębnikiem zmianowym 14 zazębiony jest zębnik rewersyjny 15, przekazujący napęd na koło zmianowe toru rewersyjnego 10, osadzone między ramą 1 a kołem zapadkowym 11. Między kołem zmianowym toru rewersyjnego 10 i kołem zmianowym toru podstawowego 12 zmontowane są dwa sprzęgła jednokierunkowe zapadkowe, współpracujące ze wspólnym dwustronnym kołem zapadkowym ii osadzonym na stałe na osi napędowej 9. Każde sprzęgło składa się z korpusu 16, mocowanego do koła zmianowego toru rewersyjnego 10 lub koła zmianowego toru podstawowego 12 przy pomocy trzech zaczepów 17, oraz trzech, usytuowanych równomiernie na obwodzie, jednakowych zapadek (zapadek toru podstawowego 18 i zapadek toru rewersyjnego 18'), zaś każda zapadka 18 czy 18' osadzona jest obrotowo w otworach łożyskowych 19 znajdujących się w kole zmianowym toru podstawowego 12 lub kole zmianowym toru rewersyjnego 10 oraz korpusie 16 sprzęgła. Zapadki 18 czy 18', opadające pod własnym ciężarem, rozłożone są na obwodzie, co 120, co gwarantuje niezawodne działanie sprzęgła niezależnie od ich położenia kątowego. W kole zmianowym toru rewersyjnego 10 z zamontowanym sprzęgłem, czyli z zapadkami toru rewersyjnego 18', zapadki te ułożone są w przeciwnym kierunku niż zapadki toru podstawowego 18 koła zmianowego toru podstawowego 12 z zamontowanym sprzęgłem, co pokazują fig. 5 i fig. 6. Działanie opisanej wyżej przekładni zębatej zawierającej sprzęgła jednokierunkowe jest następujące. Obroty wirnika zgodne z zaleceniem producenta liczników są przekazywane poprzez osadzony na nim ślimak na koło ślimakowe 20 osadzone na stałe na osi ślimakowej 21. Obracająca się w łożyskach 22 z tworzywa sztucznego oś ślimakowa 21, przekazuje napęd na zębnik zmianowy 14 osadzony na niej na stałe. Zębnik zmianowy 14 napędza koło zmianowe toru podstawowego 12 osadzone luźno na osi napędowej 9, a koło zmianowe toru podstawowego 12 poprzez zapadki toru podstawowego 18 napędza koło zapadkowe 11 i oś napędową 9, na której jest koło zapadkowe 11 osadzone na stałe. Obracająca się w łożyskach 23 z tworzywa sztucznego oś napędowa 9 przekazuje napęd na zębnik napędowy 24, a ten na koło napędowe 4 i bębenek początkowy 5, sprzężony na stałe z kołem napędowym 4 wystającym z niego kołkiem. Zębnik zmianowy 14 przekazuje jednocześnie napęd na zębnik rewersyjny 15, osadzony obrotowo na osi zębnikowej 25, a ten na koło zmianowe toru rewersyjnego 10. Koło zmianowe toru rewersyjnego 10 ma przeciwny kierunek obrotu niż koło zmianowe toru podstawowego 12, ale ponieważ zamontowane na nim sprzęgło ma zapadki toru rewersyjnego 18' ułożone w przeciwnym kierunku niż

4 4 PL B1 w sprzęgle przy kole zmianowym toru podstawowego 12, to zapadki toru rewersyjnego 18' ślizgają się po kole zapadkowym 11 i nie przekazują napędu w tym kierunku na oś napędową 9 i zębnik napędowy 24. Przy obrocie wirnika do tyłu opisane wyżej koła zębate i zębniki obracają się w kierunku przeciwnym niż w sytuacji opisanej wyżej, z wyjątkiem koła zapadkowego 11, zębnika napędowego 24 i koła napędowego 4. Wówczas napęd na koło zapadkowe 11 przekazują zapadki toru rewersyjnego 18' sprzęgła mocowanego na kole zmianowym toru rewersyjnego 10, a zapadki toru podstawowego 18 sprzęgła mocowanego na kole zmianowym toru podstawowego 12 ślizgają się po zębach koła zapadkowego 11. Jak widać z przedstawionego wyżej opisu, bębenek początkowy 5 obraca się zawsze w jednym kierunku niezależnie od kierunku obracania się wirnika. Co jest uwidocznione również na schemacie kinematycznym liczydła (fig. 3). Wynika to z faktu, że w pierwszym torze napędu bębenka początkowego 5 występuje przekładnia trzystopniowa o przełożeniu całkowitym według wzoru: i c = i śl x i zm x i nap = Z kśl /Z śl x Z 2 /Z 1 x Z 4 /Z 3 gdzie: i c - przełożenie całkowite, i śl - przełożenie przekładni ślimakowej, i zm - przełożenie przekładni zmianowej, i nap - przełożenie przekładni napędowej, Z kśl - ilość zębów koła ślimakowego 20, Z śl - ilość zębów ślimaka, Z 2 - ilość zębów koła zmianowego toru podstawowego 12, Z 1 - ilość zębów zębnika zmianowego 14, Z 4 - ilość zębów koła napędowego 4, Z 3 - ilość zębów zębnika napędowego 24, zaś w drugim torze napędu bębenka początkowego 5 występuje przekładnia czterostopniowa o przełożeniu całkowitym według wzoru: i c = i śl x i r x i zmr x i nap = Z kśl /Z śl x Z r /Z 1 x Z 2 /Z r x Z 4 /Z 3 gdzie i c, i śl, i nap, Z kśl, Z śl, Z 1, Z 4, Z 3 - oznaczają te same wartości co w powyższym wzorze, i r - przełożenie przekładni rewersyjnej, i zmr - przełożenie przekładni toru rewersyjnego, Z r,- - ilość zębów zębnika rewersyjnego 15, Z 2 - ilość zębów koła zmianowego toru rewersyjnego 10 równa ilości zębów koła zmianowego toru podstawowego 12, Zastrzeżenie patentowe Liczydło, zwłaszcza do licznika energii elektrycznej, zawierające przekładnię zębatą sprzęgającą wirnik licznika z liczydłem i mechanizm zapadkowy, znamienne tym, że posiada na osi napędowej (9) koło zmianowe toru rewersyjnego (10) osadzone ruchomo i koło zmianowe toru podstawowego (12) osadzone też ruchomo oraz między tymi kołami zmianowymi (10 i 12) dwa, działające w różne strony, jednokierunkowe sprzęgła zapadkowe, przy czym każde sprzęgło składa się ze wspólnego dwustronnego koło zapadkowego (11), osadzonego na stałe na osi napędowej (9), i trzech, usytuowanych równomiernie na obwodzie, jednakowych zapadek (18, 18'), zaś każda zapadka (18, 18') osadzona jest obrotowo w otworach łożyskowych (19) koła zmianowego (10 czy 12) oraz w korpusie (16) sprzęgła.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.